土体取样扰动度的定量评价方法与试验研究

对土体取样扰动度的定量评价方法进行了总结,通过室内土样扰动试验对几种较为常用的扰动度定量评价方法进行了对比研究,并针对不同振动时长的扰动土样进行了无侧限抗压强度试验,对建立土体扰动度的定量评价体系具有重要意义。     

扰动对粉土触变强度恢复影响规律研究

土体的触变性是导致失稳事故和工后沉降的原因之一,研究其影响因素和变化规律对于减少工程灾害具有一定的实际意义。为了探究粉土的扰动程度对其触变特性的影响,以粉土为研究对象,采用室内振动试验模拟其受扰动过程,通过无侧限抗压试验反映其强度变化,分析土体的扰动程度与其触变强度恢复程度之间的关系。结果显示:在相同频率和速率下,振动时间越长,土体受扰动程度越大;在静置时间相同的情况下,粉土的绝对强度恢复程度与其扰动程度正相关,而其相对强度恢复程度与其扰动程度负相关。建立了土体扰动程度和强度恢复程度之间的相关关系公式,为深入研究粉土工程力学性质而提供一定依据。     

受扰粉土随含水率变化强度恢复试验研究

以太原粉土为研究对象,通过室内振动模拟粉土施工受扰过程,研究了人工改变含水率的情况下,受扰粉土力学性能的变化情况,然后通过无侧限抗压试验,探究了不同含水率下,扰动粉土触变强度变化情况。试验表明:土体扰动时间一致时,扰动程度与含水率呈正相关;扰动后土体静置相同时间,受扰粉土强度恢复与其含水率呈负相关。本文探究了受扰粉土含水率变化对其扰动程度和强度恢复之间的相关关系,为进一步研究受扰粉土力学性能随含水率的变化提供了一定参考。     

排水条件对不同固结度软黏土动力特性影响试验研究

地铁隧道下卧土层由于施工扰动通常存在不同固结度,列车荷载下土体应变规律也有所差异,进而产生不均匀沉降。通过室内动三轴试验系统对杭州饱和软黏土进行动力测试,研究了排水条件、固结度、振动次数对软黏土动孔压和应变的影响,在试验和现有研究成果的基础上建立了考虑初始固结度、振动次数、排水条件的应变软化模型。结果表明:固结度愈高的土体,孔压发展愈缓慢,并且随振动次数增加,在较低的孔压水平就可达到稳定,排水条件下的孔压发展规律可由不排水试验获取。土体应变随循环次数的增加而增加,随固结度的增加而降低;提出的应变模型考虑了荷载循环过程中土体的排水,可以较好地模拟不同固结度下饱和软黏土的应变发展规律。     

超大直径泥水盾构掘进对土体的扰动研究

 依托南京长江超大直径泥水盾构隧道工程,通过在始发试验段埋设地表沉降观测点、测斜管、土压计力及孔隙水压力计,进行相应项目的试验。研究泥水平衡盾构掘进各阶段对土体的扰动机制、扰动规律、影响范围以及影响程度。分析得出应力扰动度与距离之间的相关关系,在此基础上计算出盾构推进对土体的显著应力扰动区域(应力扰动度≥5%)为盾构外侧16 m(约一倍洞径)。建立切口压力、同步注浆压力与地表沉降之间的数学模型,进一步修正Peck公式,使之能更好地预估泥水盾构掘进引起的地表沉降。最后结合盾构掘进参数,探究减小土体扰动的措施。     

裂隙粘土现场抗剪强度的确定

<正> 裂隙粘土具有特殊的力学性质,很难用一般室内剪切试验方法确定其抗剪强度。裂隙粘土多受超固结作用,在其形成过程中,土体分布着各种不同的裂隙。这些裂隙的长短、宽窄、数量、方向以及填充物等不尽相同,不能用一种土样的强度代表整个裂隙土层的强度。裂隙粘土在开挖后,由于卸荷、裂隙张开、体积变化和应力重分布等原因产生渐进破坏,导致强度衰减。其衰减的程度也不能用室内剪切试验来确定。土体一旦滑坡,在滑坡区的土体就受到不同程度的扰动,土体结构也受到不同程度的破坏。即使土体裂隙分布的情况相同,但在滑坡区的部位不同,受到扰动的程度也不同,因此试样的强度自然也不相同。     

现场取样的室内模拟：理想取样与现场取样对比

本文通过一种专门设计的取样设备，采用不同大小、径厚比及管端形状的取样管，对重新沉积的Boston蓝粘土进行室内取样，再进行常应变固结试验和不固结不排水三轴压缩试验，研究土体的取样扰动。通过残余有效应力、再固结应变、不排水强度和一维排水压缩指数的对比分析，对取样管形状的影响进行了评价。随着取样管径厚比（B／t）的减小土体工程性质衰减逐渐增大，而B／t的增加不能抵消钝端取样管引起的负作用。这些结果与用理想取样法（ISA）模拟扰动的三轴试验结果对比发现，取样管引起的扰动远大于（ISA）的模拟情况。此外与Boston地区两个场地，弱超固结Boston蓝粘土的现场取样试验结果比较说明，室内取样再进行试验得到的土体特性大体上可以代表现场取样情况。     

下穿越工程施工微扰动评价指标试验研究

 为控制下穿越工程施工对建筑密集城区的扰动度,确保将施工对环境影响控制在微扰动的范围之内,急需建立下穿越工程施工微扰动的评价指标,并对不同应力路径下微扰动指标的变化规律进行研究。从应力扰动和应变扰动2个方面入手,选取土体剪切模量、孔隙水压力、临界应力状态面指标作为土体微扰动评价主要指标,通过室内试验,获取下穿越工程施工中不同应力路径下原状土受扰动后的模量、孔压、应力与应变的关系曲线,定量分析研究下穿越工程施工扰动引起的环境土体中应力、应变状态变化。研究结果表明,土的剪切模量在很小的应变范围内随应变的增大急剧减小,但不同应力路径下剪切模量的变化幅度不同;微小的应变改变即可引起孔隙水压力的变化;此外,根据土的破坏面与扰动度的定义,可以界定符合微扰动控制要求的临界应力状态面。     

施工扰动和加荷速率对结构性软土地基沉降的影响

天然软粘土一般都具有结构性,在结构性软土室内外试验的基础上,研究了施工扰动和加荷速率对结构性软土工程特性的影响,结果表明施工扰动和加荷速率均会对结构性软土造成不同程度的损伤,使土体的结构屈服应力和压缩指数降低,使压缩曲线下移。文中给出了施工扰动和加荷速率产生的土体损伤度的定量评价方法,并给出了考虑初始扰动和加荷速率影响的结构性软土沉降的定量计算公式,算例表明在一定的应力水平下,随初始扰动和加荷速率的增加,则地基的总沉降加大,产生附加沉降,随着应力水平的提高附加沉降量先增加后减小,在土体结构屈服应力附近存在峰值,初始扰动和加荷速率的影响最终会趋于不明显。     

扰动土旁压试验初探

扰动后土体强度和变形特性的研究非常重要,针对工程活动扰动及人为扰动多采用室内试验进行模拟,结果往往不具有可重复性,常规原位测试手段,仅能获得扰动土体强度变化,不能获得应力应变关系变化。以旁压试验方法研究土体扰动前后的强度和变形指标变化,对上海第(4)、(5)、(6)层粘性土在扰动前后分别进行旁压试验,研究不同土层扰动前后的强度和变形规律。从扰动前后的旁压试验对比发现,扰动后土体的强度有明显变化,初始压力、临塑压力以及旁压模量等均有明显下降,扰动对土体的变形规律也有较大影响,旁压试验弹塑性阶段的旁压曲线在扰动前后差别明显,极限体应变也产生明显下降。     

国际土力学及基础工程协会简介

国际土力学及基础工程协会(ISSMFE)于1936年成立,同年在美国哈佛大学召开了第一届会议,在这之后,除特殊情况外,都是每四年召开一次国际会议。我国于1957年参加国际土力学及基础工程协会,并派茅以升、陈宗基为代表出席在英国召开的第四届国际会议。此后,二十余年中,主要由于台湾问题,一直没有再出席国际土力学及基础工程协会的会议。历届会议的概要见表1。     

粘性土剪切带破坏研究

压实粘性土是静水压力和应变率相关性材料,在低围压下表现出软化现象,在高围压下表现出硬化现象.在同一含水率,不同围压下粘性土随周围压力的增大,同一轴向应变所对应的偏应力也越大;压实度一定时,含水率越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,粘性土的抗剪强度越弱;含水率一定时,压实度越高,粘聚力越大,而摩擦角越小,抗剪强度也越大.利用TSZ10-1.0型应变控制式三轴仪,对四川绵阳地区粘性土进行了常规三轴压缩试验,研究了不同围压和含水率下粘性土的应力-应变关系、抗剪强度指标,并对粘性土的剪切带破坏进行了拟合分析.     

废弃轮胎胶粉改良膨胀土的抗剪强度研究

 为了提高资源的循环利用,减少废弃轮胎对环境的潜在影响,对废弃轮胎胶粉改良膨胀土的强度特性进行研究。在不同含水量15%,18%,21%下,以不同比例废弃轮胎胶粉10%,20%,30%与膨胀土混合后进行固结快剪实验。在试验过程中综合考虑法向应力,胶粉含量对膨胀土抗剪强度的影响,以及剪切位移与对应的剪应力的关系,总结出膨胀土改良后的抗剪强度变化特征。结果表明内摩擦角和膨胀土的抗剪强度随废弃轮胎胶粉含量的增加而增大,内摩擦角的变化不大,黏聚力的变化较为显著。同时证实了废弃轮胎胶粉改良膨胀土效果较为显著,为膨胀土改良提供了一个新的改良方法。     

Mg2+和SO42-相互影响对水泥土强度影响的试验研究

水泥土搅拌桩周围环境中的Mg2+和SO42-对水泥土及其桩体的力学性能具有很大的影响。通过模拟试验的方法探讨了在不同硫酸镁溶液环境下不同龄期的水泥土表观和抗压强度变化规律,得出了水泥土表面腐蚀程度随着腐蚀时间的增长和硫酸镁浓度的增大而增加,水泥土抗压强度随硫酸镁浓度的增大而减小;分析了硫酸镁溶液的Mg2+浓度和SO42-浓度随时间的变化关系,得出随着时间的增长Mg2+浓度呈减小趋势,而SO42-浓度则呈抛物线型。研究认为:水泥土强度改变与环境中的Mg2+浓度和SO42-浓度密切相关。在此基础上建立了水泥土环境下考虑Mg2+浓度和SO2-4浓度相互影响的水泥土强度模型,经对比预测值与实测值,证明两者比较接近,该关系具有一定的可行性,可供工程设计参考。     

Evaluation of disturbance function for geosynthetic–soil interface considering chemical reactions based on cyclic direct shear tests

Various geosynthetics for reinforcement, protection and encapsulation are widely applied to civil structures and waste landfill sites. The use of geosynthetics inevitably involves the coupled behaviors of different materials which include large displacement and strain-softening behaviors, etc. Current research indicates that the behavior of geosynthetic–soil systems depend on the shear strength of the interface governed by several intrinsic and environmental factors, such as moisture, normal stress, chemical conditions, and thermal components, etc.In this study, the effects of acidity and basicity from leachate and waste are intensively considered in order to build up the chemical reaction mechanism of the shear strength of the interface under cyclic loading based on an experimental inspection. The Multi-Purpose Interface Apparatus (M-PIA) has been newly manufactured, and cyclic direct shear tests for submerged geosynthetic–soil specimens under different chemical conditions have been performed. A Focused Ion Beam (FIB) analysis has also been performed to induce the reason for the variation in the disturbance function and to verify the hypothesis on the decay-proof ability of geosynthetics.Consequently, a new approach to reflect the chemical effect of geosynthetics has been applied by suggesting the use of new disturbance function parameters in the Disturbed State Concept. The basic schematic of the Disturbed State Concept (DSC) constitutive model is employed; then, new disturbance function parameters are proposed to describe the chemical degradation of the geosynthetic–soil interface under dynamic conditions. Furthermore, based on the FIB results, it is be deduced that the variation in the disturbance function mainly results from the different types of decay in the soil minerals.     

冻融循环下压实度对粉质黏土力学性质影响的试验研究

 冻融循环是冻土地区路基填料性能劣化的主要因素之一。以压实度和冻融循环次数为主要变量,对青藏高原粉质黏土力学性质的变化规律进行三轴试验研究。试验结果表明：初始压实度对粉质黏土力学性质的冻融效应具有显著影响。不同压实度试样的应力–应变曲线形式随冻融次数的增加趋于接近,并由应变软化型向硬化型过渡。封闭系统中试样的水分迁移会引起含水率的增减分区分布,低压实度有利于增大水分迁移量和含水率增高区的分布范围。冻融过程对高压实试样的破坏强度以降低为主,对低压实度试样则相反。在最优含水率附近,土体抗剪强度随含水率呈非线性变化规律,因此试样内部水分重分布也可能会导致强度的改变,且其作用效果受压实度影响具有不确定性,压实度较高时会导致试样黏聚力减小,压实度较低时则相反;不同压实度下内摩擦角均呈现增大的趋势,且压实度越低,变化幅度越大。冻融过程中,土体干密度和含水率变化对力学性质的影响是同时存在的,由于初始压实度和冻融次数的不同,对强度变化起主导作用的因素也不同。水分重分布是不同压实度土体力学性质冻融循环效应的整体趋势和具体过程呈现多样化的原因之一。     

土体介质强度尺度效应的理论与试验研究

为考虑土体微细观结构特征对其宏观强度特性的影响,根据土颗粒的大小及其连结性状,以一定的尺寸界限将土体分成基体和加强颗粒2种介质,基于应变梯度理论,引入适应基体与加强颗粒变形相容性要求的几何协调微裂纹概念,建立可描述土体强度尺度效应并具有多尺度理论框架的基体–加强颗粒模型。该模型揭示土体的强度与内禀尺度、应变梯度、基体性质以及加强颗粒的粒径和级配有关。设计一系列非饱和重塑土的三轴固结不排水剪切试验以研究土体的强度尺度效应并定量计算反映土体强度尺度效应的内禀尺度参量。试验结果表明：土体的屈服应力随加强颗粒粒径的减小而增加且与加强颗粒含量之间呈线性关系,与内禀尺度之间呈抛物线关系;内禀尺度随加强颗粒的粒径和含量以及基体液性指数的增加而增加且与加强颗粒含量之间呈抛物线关系;土体屈服应力的试验结果与基体–加强颗粒模型的预测结果一致。研究成果对土体的强度理论发展有一定的参考价值。     

Study on strength of artificially frozen soils in deep alluvium

This paper describes a series of stress-controlled uniaxial compressive tests performed on frozen loess and triaxial compressive tests performed on frozen/unfrozen loess, which experienced K₀ consolidated process before freezing, to study the stress–strain–strength behaviour of an artificially frozen soil in deep alluvium. The aim of subjecting the triaxial test samples to K₀ consolidation was to simulate the forming process of deep soils. These tests examined the influence of the initial confining pressure and the temperature of frozen soils on stress–strain–strength behaviour. An analysis of the mechanical behaviour of artificially frozen soil is performed from interpretation of results from the unconfined and triaxial compressive tests of frozen/unfrozen soils, in which the influence of both the degree of cementation arising from the interparticle bonding and the initial confining stress was investigated. For deep artificially frozen soils, it was concluded that the unconfined compressive strength is a direct measurement of the degree of cementation. Consequently, the triaxial compressive strength can be expressed as a function of only two variables: (1) the internal angle of the shearing resistance of the unfrozen soils; and (2) the unconfined compressive strength. Data from additional experiments performed later verified the validity of proposed relationship in evaluating the strength of deep artificially frozen soil.